2021 Fiscal Year Annual Research Report
ティッシュエンジニアリング技術による3次元大脳組織の作製
Project/Area Number |
19K23613
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Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
Principal Investigator |
赤木 祐香 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (50849544)
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Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2022-03-31
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Keywords | 大脳組織 / ティッシュエンジニアリング / 多能性幹細胞 |
Outline of Annual Research Achievements |
“ミニブレイン”と呼ばれるヒト脳を模した立体組織を示す脳オルガノイドが注目されいる。しかし、脳オルガノイドは無秩序な自己組織化により形成されるため、前後軸や背腹軸を持たず、ヒト脳とかけ離れた歪な構造であり、脳発生機構の解明や再生医療等に向けた研究ツールへの応用を妨げている。組織の成り立ちや構造までも再現した大脳組織の作製を目指す。本研究では灌流型デバイスシステムにより、in vitroで3次元の組織構築を制御する。具体的には、iPS細胞由来の細胞を含む組織ゲルをデバイスに組みこみ、培地を送液することで細胞の分裂速度や移動方向を制御する。このようにして誘導された組織は層構造を有すため、脳発生の理解のみならず、高度の薬物試験や疾患モデルへの応用が期待される。 まず、ヒト多能性幹細胞から大脳組織への誘導方法を確立した。胚様体を形成後、マトリゲルに包埋し、オービタルシェイカー上で旋回培養を行うことで大脳組織へ誘導した。誘導された組織は大脳特有の層構造を示し、マーカー遺伝子の発現から大脳組織への分化を確認した。 次に、三次元デバイスを用いた灌流型の大脳組織の構築を試みた。この三次元デバイスは、ハイドロゲルで懸濁した細胞液を充填し、シリンジ針をゲル内に貫通させることで、空洞の流路を形成することが可能である。デバイス内で大脳組織を誘導するため、神経細胞の維持や分化に適したハイドロゲルの条件検討を行った。最適化したハイドロゲルでヒトiPS細胞を懸濁し、デバイス内へ充填し、大脳組織へ分化誘導を行った。その結果、マーカー遺伝子の発現量が増加し、中枢神経系への分化を確認した。しかし、ゲルの収縮や流路の縮小により長期培養は困難であり、大脳組織特有の構造形成は確認できなかった。長期培養に適したハイドロゲルの検討と、デバイスの再設計が今後の課題である。
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